RU171960U1 - Positive electrode of lithium-ion battery with solid polymer electrolyte as a separator - Google Patents
Positive electrode of lithium-ion battery with solid polymer electrolyte as a separator Download PDFInfo
- Publication number
- RU171960U1 RU171960U1 RU2016151671U RU2016151671U RU171960U1 RU 171960 U1 RU171960 U1 RU 171960U1 RU 2016151671 U RU2016151671 U RU 2016151671U RU 2016151671 U RU2016151671 U RU 2016151671U RU 171960 U1 RU171960 U1 RU 171960U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lithium
- positive electrode
- polymer electrolyte
- iron phosphate
- ion battery
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/24—Alkaline accumulators
- H01M10/28—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
- H01M4/26—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области вторичных химических источников тока, а именно к положительным электродам литий-ионного аккумулятора, в котором в качестве сепаратора выступает твердополимерный электролит с униполярной проводимостью по ионам лития, и направлена на увеличение стабильности удельной емкости литий-ионного аккумулятора при циклическом заряде-разряде, уменьшение экологического риска и снижение взрывобезопасности. Указанный технический результат достигается тем, что в качестве полимерного связующего в материале положительного электрода на основе литийжелезофосфата и электропроводящей сажи вместо непроводящих полимеров или гель-полимерных электролитов с биполярной проводимостью используется литий-ионпроводящий полимерный электролит с униполярной проводимостью по ионам лития, который также обеспечивает эффективный перенос ионов лития между активным материалом и сепаратором и не требует использования жидкого электролита. Положительный электрод литий-ионного аккумулятора с твердополимерным электролитом в качестве сепаратора состоит из композита на основе литийжелезофосфата, электропроводящей сажи и полимерного связующего на основе литированного перфторированного сульфокатионитного полимера, пластифицированного органическими растворителями, нанесенного на токовый коллектор из алюминиевой фольги. Литийжелезофосфат является активным компонентом, из которого осуществляется экстракция ионов лития при зарядном процессе и их внедрение в него при разрядном процессе, а сажа обеспечивает электрический контакт между литийжелезофосфатом и токовым коллектором. Литий-ионпроводящий полимерный электролит, вследствие хорошей адгезии к активному материалу и токовому коллектору и собственной высокой ионной проводимости, увеличивает стабильность разрядных характеристик положительного электрода (>150 мА∙ч∙гза 50 циклов) и его кулоновскую эффективность (>95%) при циклическом заряде-раряде.The utility model relates to the field of secondary chemical current sources, namely to the positive electrodes of a lithium-ion battery, in which a solid polymer electrolyte with unipolar conductivity by lithium ions acts as a separator, and is aimed at increasing the stability of the specific capacity of a lithium-ion battery during cyclic charging discharge, reducing environmental risk and reducing explosion safety. The specified technical result is achieved by the fact that instead of non-conducting polymers or gel-polymer electrolytes with bipolar conductivity, a lithium-ion-conductive polymer electrolyte with unipolar conductivity over lithium ions is used as a polymer binder in the positive electrode material based on lithium iron phosphate and soot soot, which also provides efficient transfer of lithium ions lithium ions between the active material and the separator and does not require the use of liquid electrolyte. The positive electrode of a lithium-ion battery with a solid polymer electrolyte as a separator consists of a composite based on lithium iron phosphate, electrically conductive soot and a polymer binder based on lithiated perfluorinated sulfocationic polymer, plasticized with organic solvents, deposited on a current collector made of aluminum foil. Lithium iron phosphate is the active component from which lithium ions are extracted during the charging process and introduced into it during the discharge process, and carbon black provides electrical contact between lithium iron phosphate and the current collector. Due to its good adhesion to the active material and current collector and intrinsic high ionic conductivity, a lithium-ion-conducting polymer electrolyte increases the stability of the discharge characteristics of the positive electrode (> 150 mA ∙ h ∙ for 50 cycles) and its Coulomb efficiency (> 95%) under cyclic charge -discharge.
Description
Литий-ионные аккумуляторы характеризуются наибольшим номинальным напряжением, высокой теоретической удельной емкостью и удельной энергией, превосходящие характеристики других типов аккумуляторов. Использование в их составе наноразмерных соединений в качестве электродных материалов позволяет повысить скорость заряда и разряда, мощность литий-ионных аккумуляторов, снизить пагубное влияние процессов деградации, связанных с изменением объема электродных материалов при интеркаляции и деинтеркаляции лития, и повысить их рабочую емкость. Наиболее распространенным материалом в качестве активного компонента положительного электрода является литийжелезофосфат, который обладает высокой удельной емкостью, высокой стабильностью при циклировании, а также низкой токсичностью и стоимостью. Для получения стабильных разрядных характеристик при изготовлении электрода используют полимерное связующее, обеспечивающее прочность электрода и хороший контакт при циклическом заряде-раряде.Lithium-ion batteries are characterized by the highest rated voltage, high theoretical specific capacity and specific energy, superior to the characteristics of other types of batteries. The use of nanosized compounds as electrode materials in their composition makes it possible to increase the charge and discharge rate, power of lithium-ion batteries, reduce the harmful effects of degradation processes associated with changes in the volume of electrode materials during intercalation and deintercalation of lithium, and increase their working capacity. The most common material as the active component of the positive electrode is lithium iron phosphate, which has a high specific capacity, high stability during cycling, and low toxicity and cost. To obtain stable discharge characteristics in the manufacture of the electrode, a polymer binder is used, which ensures the strength of the electrode and good contact during cyclic charge-discharge.
Наиболее широко используемым связующим компонентом положительного электрода являются фторопласты, поливинилиденфторид и политетрафторэтилен, обеспечивающие достижение высокой удельной разрядной емкости и высокую стабильность (И.А. Кедринский, В.Г. Яковлев Li-ионные аккумуляторы. Красноярск.: ИПК "Платина". 2002. 266 с.).The most widely used bonding component of the positive electrode is fluoroplastics, polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, which ensure high specific discharge capacity and high stability (I. A. Kedrinsky, V. G. Yakovlev Li-ion batteries. Krasnoyarsk: IPK Platinum. 2002. 266 p.).
Известен способ изготовления положительного электрода с использованием в качестве связующего водных суспензий фторполимеров (US 20100304270), что упрощает технологический процесс за счет отсутствия органических растворителей и приводит к получению электрода, обладающего стабильными разрядными характеристиками.A known method of manufacturing a positive electrode using as a binder aqueous suspensions of fluoropolymers (US20100304270), which simplifies the process due to the absence of organic solvents and leads to an electrode having stable discharge characteristics.
Известен способ изготовления положительного электрода, в котором в качестве связующего используют сшитые частицы полимера, полученные сополимеризацией виниловых мономеров, содержащих эпоксигруппы (WO 2010114119). Технический результат изобретения - улучшение адгезии активного материала к токовому коллектору и улучшенная стабильность разрядных характеристик.A known method of manufacturing a positive electrode, in which crosslinked polymer particles obtained by copolymerization of vinyl monomers containing epoxy groups are used as a binder (WO 2010114119). The technical result of the invention is improved adhesion of the active material to the current collector and improved stability of discharge characteristics.
Известен способ изготовления положительного электрода с использованием в качестве связующего водных растворов полиакрилатов и их сополимеров (RU 2390078), что приводит к упрощению технологического процесса.A known method of manufacturing a positive electrode using as a binder aqueous solutions of polyacrylates and their copolymers (RU 2390078), which simplifies the process.
Известен способ изготовления положительного электрода с использованием электропроводящего полимера (CN 101867037, CN 102280656), что способствует улучшению характеристик электрода за счет уменьшения омических потерь.A known method of manufacturing a positive electrode using an electrically conductive polymer (CN 101867037, CN 102280656), which helps to improve the characteristics of the electrode by reducing ohmic losses.
Известен способ изготовления положительного электрода, в котором в качестве связующего используют сшитые акриловые полимеры (WO 2016006945). Применение данного связующего позволило улучшить адгезию активного материала к токовому коллектору и циклируемость аккумулятора.A known method of manufacturing a positive electrode, in which crosslinked acrylic polymers are used as a binder (WO 2016006945). The use of this binder has improved the adhesion of the active material to the current collector and the cycling of the battery.
В приведенных аналогах материал положительного электрода не обладает собственной ионной проводимостью, поэтому может использоваться только в составе литий-ионных аккумуляторов с жидким электролитом, использование которого несет значительный экологический риск и повышенную взрывопожароопасность в случае механического повреждения литий-ионного аккумулятора и вытекания жидкого электролита.In the given analogues, the positive electrode material does not have its own ionic conductivity, therefore, it can be used only as a part of lithium-ion batteries with liquid electrolyte, the use of which carries significant environmental risk and increased fire and explosion hazard in case of mechanical damage to the lithium-ion battery and leakage of liquid electrolyte.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является литий-ионный аккумулятор, положительный электрод которого содержит гель-полимерный электролит, обладающий собственной литий-ионной проводимостью (RU 2547819, RU 2564201, RU 148290). Использование гель-полимерного электролита позволило существенно улучшить мощность и емкость литий-ионного аккумулятора, а также уменьшить экологический риск и снизить взрывобезопасность при работе.The closest in technical essence to the claimed technical solution is a lithium-ion battery, the positive electrode of which contains a gel-polymer electrolyte having its own lithium-ion conductivity (RU 2547819, RU 2564201, RU 148290). The use of gel-polymer electrolyte has significantly improved the power and capacity of the lithium-ion battery, as well as reduce environmental risk and reduce explosion safety during operation.
Недостатком прототипа является то, что в качестве ионпроводящего полимера используется композит на основе полимера и низкомолекулярной соли лития, в котором ионный перенос имеет биполярную природу. При протекании электродных реакций это приводит к установлению в электролите градиента концентрации соли, т.е., к концентрационной поляризации ячейки и, соответственно, к увеличению поляризационного сопротивления ячейки, что критично для аккумуляторов высокой мощности. Кроме того, вследствие биполярной природы проводимости, проводимость ионов лития невысока и ниже 1 мСм/см.The disadvantage of the prototype is that as an ion-conducting polymer, a composite is used based on a polymer and a low molecular weight lithium salt, in which the ion transfer has a bipolar nature. When electrode reactions occur, this leads to the establishment of a salt concentration gradient in the electrolyte, i.e., to the concentration polarization of the cell and, accordingly, to an increase in the polarization resistance of the cell, which is critical for high-power batteries. In addition, due to the bipolar nature of the conductivity, the conductivity of lithium ions is low and below 1 mS / cm.
Предлагаемое техническое решение представляет собой использование в качестве активного материала положительного электрода композита на основе литийжелезофосфата, электропроводящей сажи и полимерного связующего на основе литированного перфторированного сульфокатионитного полимера с униполярной проводимостью по ионам лития, достигающей 2-4 мСм/см. Данное решение позволяет достичь высокой удельной емкости и стабильности при циклировании положительного электрода (>150 мА∙ч∙г-1 за 50 циклов) и высокой кулоновской эффективности (>95%) при циклическом заряде-раряде.The proposed technical solution is the use of a composite based on lithium iron phosphate, electrically conductive carbon black and a polymer binder based on lithium perfluorinated sulfation cation exchange resin with unipolar lithium ion conductivity reaching 2-4 mS / cm as an active material of the positive electrode. This solution allows to achieve high specific capacity and stability during cycling of the positive electrode (> 150 mA ∙ h ∙ g -1 for 50 cycles) and high Coulomb efficiency (> 95%) with a cyclic charge-discharge.
Указанный технический результат достигается тем, что в качестве связующего используется литированный перфторированный сульфокатионитный полимер с высокой униполярной проводимостью по ионам лития, обладающий хорошее адгезией к литийжелезофосфату и токовому коллектору, что обеспечивает электрический и ионный контакт между активным материалом и сепаратором.The specified technical result is achieved by the fact that a lithiated perfluorinated sulfocationic polymer with high unipolar conductivity for lithium ions, which has good adhesion to lithium iron phosphate and the current collector, which provides electrical and ionic contact between the active material and the separator, is used as a binder.
Сущность полезной модели заключается в следующем.The essence of the utility model is as follows.
На поверхности токового коллектора из алюминиевой фольги наносится композит на основе литийжелезофосфата, электропроводящей сажи и полимерного связующего на основе литированного перфторированного сульфокатионитного полимера с униполярной проводимостью по ионам лития, пластифицированного органическими растворителями. Литийжелезофосфат является активным компонентом, из которого осуществляется экстракция ионов лития при зарядном процессе и их внедрение в него при разрядном процессе, а сажа обеспечивает электрический контакт между литийжелезофосфатом и токовым коллектором. Литий-ионпроводящий полимерный электролит, вследствие хорошей адгезии к активному материалу и токовому коллектору обеспечивает стабильность разрядных характеристик положительного электрода, а благодаря собственной высокой ионной проводимости, обеспечивает эффективный транспорт ионов между литийжелезофосфатом и сепаратором и не требует использования жидкого электролита.A composite based on lithium iron phosphate, electrically conductive carbon black and a polymer binder based on lithium perfluorinated sulfocationic polymer with unipolar conductivity by lithium ions plasticized with organic solvents is applied to the surface of the aluminum foil collector. Lithium iron phosphate is the active component from which lithium ions are extracted during the charging process and introduced into it during the discharge process, and carbon black provides electrical contact between lithium iron phosphate and the current collector. Due to its good adhesion to the active material and the current collector, a lithium-ion-conducting polymer electrolyte ensures the stability of the discharge characteristics of the positive electrode, and thanks to its own high ionic conductivity, it ensures efficient ion transport between lithium iron phosphate and the separator and does not require the use of liquid electrolyte.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016151671U RU171960U1 (en) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Positive electrode of lithium-ion battery with solid polymer electrolyte as a separator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016151671U RU171960U1 (en) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Positive electrode of lithium-ion battery with solid polymer electrolyte as a separator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU171960U1 true RU171960U1 (en) | 2017-06-22 |
Family
ID=59240620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016151671U RU171960U1 (en) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Positive electrode of lithium-ion battery with solid polymer electrolyte as a separator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU171960U1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467434C1 (en) * | 2008-10-22 | 2012-11-20 | ЭлДжи КЕМ, ЛТД. | Active cathode material providing improved efficiency and energy density of electrode |
| RU2482572C2 (en) * | 2011-08-19 | 2013-05-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" | Method of producing cathode material with olivine structure for lithium self-contained power generation |
| RU2547819C1 (en) * | 2014-04-03 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" (СибГТУ) | Method for manufacturing of lithium-ion accumulator electrodes |
| WO2016006945A1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-01-14 | 주식회사 엘지화학 | Positive electrode and method for manufacturing same |
-
2016
- 2016-12-28 RU RU2016151671U patent/RU171960U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467434C1 (en) * | 2008-10-22 | 2012-11-20 | ЭлДжи КЕМ, ЛТД. | Active cathode material providing improved efficiency and energy density of electrode |
| RU2482572C2 (en) * | 2011-08-19 | 2013-05-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" | Method of producing cathode material with olivine structure for lithium self-contained power generation |
| RU2547819C1 (en) * | 2014-04-03 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" (СибГТУ) | Method for manufacturing of lithium-ion accumulator electrodes |
| WO2016006945A1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-01-14 | 주식회사 엘지화학 | Positive electrode and method for manufacturing same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9318771B2 (en) | Electrolyte for electrochemical device, method for preparing the electrolyte and electrochemical device including the electrolyte | |
| US8486567B2 (en) | Batteries, fuel cells, and other electrochemical devices | |
| Liao et al. | Polypropylene-supported and nano-Al2O3 doped poly (ethylene oxide)–poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene)-based gel electrolyte for lithium ion batteries | |
| CN109346767A (en) | A kind of solid polymer electrolyte and its application in lithium metal battery | |
| CN108232111A (en) | A kind of anode composite pole piece of solid state battery and preparation method thereof | |
| CN105470564A (en) | Solid electrolyte membrane, preparation method of solid electrolyte membrane and lithium ion battery | |
| CN109599593B (en) | Method for preparing solid-state battery with multilayer composite electrolyte | |
| CN108365258A (en) | The solid electrolyte of polymer substrate and preparation method thereof with room-temperature conductivity | |
| CN102522560A (en) | Lithium ion secondary battery and preparation method thereof | |
| CN108242563B (en) | High-voltage-resistant solid lithium battery polymer electrolyte and preparation and application thereof | |
| CN103165840B (en) | Electrode assembly of lithium secondary battery | |
| CN103050732B (en) | Lithium titanate-based chemical power supply | |
| CN107004898A (en) | Electrical storage device | |
| US9240257B2 (en) | Solid, lithium-salt-doped, thermoset polyimide polymer electrolyte and electrochemical cell employing same | |
| CN111934020B (en) | High-pressure-resistant all-solid-state lithium battery interface layer and in-situ preparation method and application thereof | |
| CN114400374A (en) | Polymer electrolyte and preparation method and application thereof | |
| Liu et al. | Improvement of electrochemical properties of PTMA cathode by using carbon blacks with high specific surface area | |
| RU171960U1 (en) | Positive electrode of lithium-ion battery with solid polymer electrolyte as a separator | |
| CN109659475A (en) | A kind of preparation method of high-performance high-voltage lithium ion battery | |
| RU2522947C2 (en) | Supercapacitor with inorganic composite electrolyte (versions) | |
| JP7288442B2 (en) | Use of lithium nitrate as the sole lithium salt in lithium gel batteries | |
| RU171912U1 (en) | Negative electrode of lithium-ion battery with solid polymer electrolyte as a separator | |
| CN1194278A (en) | Polymer electrolyte and lithium-polymer cell using said electrolyte | |
| CN106129406B (en) | A kind of photovoltaic energy storage lithium ion battery | |
| JP4054925B2 (en) | Lithium battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210518 Effective date: 20210518 |